Come la realtà estesa sta trasformando l'ortopedia

La realtà virtuale, aumentata e mista stanno rimodellando la formazione, la chirurgia e la riabilitazione ortopedica.

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In una recente pubblicazione su KSSTA, gli autori hanno dimostrato che le tecnologie XR migliorano significativamente la formazione ortopedica, la precisione intraoperatoria e i risultati della riabilitazione.

Tecnologie XR in sanità e ortopedia

Nell’ambito sanitario, le tecnologie XR stanno trasformando il modo in cui opera la pratica medica collegando ambienti virtuali e reali, rimodellando l’educazione medica, migliorando la precisione delle procedure e potenziando la cura del paziente. Ad esempio, i simulatori VR si sono dimostrati efficaci nell’aiutare i clinici a sviluppare competenze chirurgiche riducendo i rischi legati alle prime esperienze cliniche pratiche e eliminando la necessità della formazione su cadaveri.

Nella chirurgia ortopedica in particolare, i sistemi di navigazione AR migliorano la precisione procedurale nell'artroplastica totale di ginocchio e anca, migliorando l'allineamento dei componenti e riducendo gli errori intraoperatori, il che può portare a migliori risultati a lungo termine per i pazienti.

Gemelli digitali e IA in ortopedia

Tra questi progressi, la tecnologia dei gemelli digitali emerge come un’applicazione innovativa della XR in ortopedia, permettendo la pianificazione chirurgica personalizzata, il monitoraggio in tempo reale della riabilitazione e la modellazione predittiva dei disturbi muscoloscheletrici combinando più fonti di dati con simulazioni computazionali.

Accanto a questi sviluppi XR, modelli di linguaggio di grandi dimensioni come ChatGPT e sistemi AI multimodali emergenti come DeepSeek stanno plasmando la ricerca ortopedica migliorando l’accessibilità al linguaggio medico, semplificando la preparazione dei manoscritti e fornendo strumenti innovativi per il processo decisionale clinico e la revisione della letteratura.

L'integrazione dell'IA nelle piattaforme XR ha il potenziale per migliorare ulteriormente la chirurgia ortopedica consentendo previsioni personalizzate e supportando la formazione chirurgica.

XR in traumatologia sportiva e artroscopia

Nel campo della traumatologia sportiva e della chirurgia artroscopica, le tecnologie XR offrono vantaggi chiari e clinicamente significativi.

I simulatori di artroscopia basati su VR consentono ai tirocinanti di esercitarsi ripetutamente nelle procedure alla spalla e al ginocchio in ambienti sicuri e controllati, accelerando l'acquisizione delle competenze e riducendo i rischi.

Durante l'intervento chirurgico, la navigazione guidata da AR può migliorare il posizionamento del tunnel nelle ricostruzioni ACL, diminuire l'uso della fluoroscopia durante le riparazioni multiligamentose e migliorare la visualizzazione in operazioni complesse della spalla.

Dopo l’intervento, gli strumenti di riabilitazione basati su realtà virtuale e aumentata promuovono l’aderenza del paziente, consentono il monitoraggio remoto e supportano decisioni più efficienti riguardo alla prontezza al ritorno allo sport.

Ambito e obiettivi della revisione

Questa revisione offre una prospettiva orientata al clinico su come l’integrazione della XR possa migliorare i risultati procedurali, la sicurezza del paziente e l’accessibilità nelle cure ortopediche. Si concentra su tre pilastri:

Formazione chirurgica ortopedica con tecnologie immersive

L’idea di utilizzare simulatori basati su VR per la formazione chirurgica è nata dall’osservazione che i chirurghi con esperienza nei videogiochi si adattavano più rapidamente a compiti che comportano visualizzazione indiretta e coordinazione motoria precisa, specialmente nelle procedure artroscopiche e laparoscopiche.

I simulatori VR offrono ai tirocinanti la possibilità di esercitarsi in un’ampia gamma di competenze, dalle dissezioni anatomiche a interventi complessi come artroscopia, riparazione di fratture e artroplastica, in ambienti sicuri, controllati e privi di rischi.

Tipi e benefici dei simulatori VR

Simulatori VR basati su schermo
Questi sistemi combinano modelli fisici, feedback aptico e schermi ad alta risoluzione. Tipicamente usano strumenti tracciati ma non si basano su visori VR.

Simulatori VR totalmente immersivi basati su headset
Utilizzano headset VR e controller manuali per creare un ambiente di formazione completamente virtuale.

AR e MR nella formazione chirurgica

Source: Aksoy ME, Kocaoglu B, Izzetoglu K, Agrali A, Yoner SI, Polat MD, et al. Assessment of learning in simulator-based arthroscopy training with the diagnostic arthroscopy skill score (DASS) and neurophysiological measures. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2023; 31: 5332–5345.

AR e MR richiedono dispositivi specializzati per integrare componenti virtuali in ambienti reali, inclusi tracker di posizione e visori montati sulla testa. Questi dispositivi consentono guida intraoperatoria, monitoraggio dei dati e formazione chirurgica, nonostante limiti come la bassa risoluzione del pass-through. AR aumenta il coinvolgimento dei tirocinanti, fornisce feedback in tempo reale e consente guida a mani libere e mentoring a distanza.

Potenziale del metaverso nell'educazione chirurgica

Il cosiddetto metaverso offre vantaggi come maggiore coinvolgimento degli studenti, ambienti sicuri per la presa di decisione, gamification e verifica tramite blockchain. La futura formazione virtuale potrebbe evolversi in simulazioni altamente realistiche e complesse, potenzialmente diventando parte integrante del curriculum ortopedico. Le sfide includono disparità nell’accesso digitale, alti costi dei dispositivi e frammentazione delle piattaforme.

Applicazioni nella chirurgia ortopedica

Source: Aksoy ME, Kocaoglu B, Izzetoglu K, Agrali A, Yoner SI, Polat MD, et al. Assessment of learning in simulator-based arthroscopy training with the diagnostic arthroscopy skill score (DASS) and neurophysiological measures. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2023; 31: 5332–5345.

VR e AR hanno trasformato la pianificazione preoperatoria, la navigazione intraoperatoria e la riabilitazione postoperatoria. VR migliora la precisione chirurgica e la pianificazione, mentre AR migliora la guida intraoperatoria, il posizionamento degli impianti e la visualizzazione.

La tabella sottostante riassume le applicazioni chiave nelle fasi chirurgiche, dimostrando il valore clinico distintivo delle tecnologie XR nella fissazione di fratture, artroscopia e artroplastica.

Integrazione di AI con XR in chirurgia

Quando integrate con AI e VR/AR, le tecnologie XR possono fornire soluzioni adattative per la pianificazione chirurgica e la presa di decisioni, supportare la formazione e colmare il divario di esperienza tra chirurghi principianti ed esperti. Le sfide includono questioni etiche riguardanti i dati dei pazienti e prestazioni limitate dell’AI in situazioni rare o con scarsa disponibilità di dati.

XR nella riabilitazione muscoloscheletrica

La riabilitazione basata su XR estende le cure oltre gli ambienti clinici attraverso la telemedicina e dispositivi indossabili come gli IMU, consentendo il monitoraggio continuo del movimento articolare e della deambulazione. La VR fornisce ambienti completamente immersivi, mentre la AR sovrappone guide virtuali agli esercizi nel mondo reale. Gli studi dimostrano un miglioramento dell’aderenza, del recupero funzionale, della riduzione del dolore e un’efficacia paragonabile alla fisioterapia in presenza.

Direzioni future e bisogni di ricerca nella riabilitazione

La riabilitazione XR è stata applicata anche a disturbi cronici, gestione del dolore acuto e dolore da arto fantasma. Con l’espansione delle applicazioni XR, la ricerca futura dovrebbe ottimizzare i protocolli, personalizzare gli interventi e valutare gli esiti a lungo termine per stabilire l’efficacia clinica nella pratica ortopedica di routine.

Verso una cura ortopedica personalizzata e predittiva

Le tecnologie XR diventano parte integrante della pratica ortopedica, colmando il divario tra educazione, chirurgia e riabilitazione. I simulatori VR accelerano lo sviluppo delle competenze in ambienti sicuri, AR e MR migliorano la precisione intraoperatoria, e gli strumenti di riabilitazione basati su XR estendono l’assistenza oltre la clinica. Con il potenziale aggiuntivo dell’integrazione di AI e gemelli digitali, queste tecnologie promettono una cura ortopedica più personalizzata, predittiva ed efficiente.